DE102008062295A1

DE102008062295A1 - Mehrkreismotor

Info

Publication number: DE102008062295A1
Application number: DE200810062295
Authority: DE
Inventors: Marcus Herrmann; Bernhard Evermann; Konrad Rossbach
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2008-12-15
Filing date: 2008-12-15
Publication date: 2010-06-17

Abstract

Offenbart ist ein Mehrkreis-Axialkolbenmotor mit mehreren getrennten Gruppen von Zylinder-Kolben-Kombinationen, wobei jede Gruppe einen Eingangsanschluss und einen Ausgangsanschluss hat. Weiterhin hat der Motor eine Verstellvorrichtung, über die ein Hub der Zylinder-Kolben-Kombinationen verstellbar ist. Im Betrieb jeder Gruppe liegt an ihrem Eingangsanschluss ein Hochdruck und an ihrem Ausgangsanschluss ein Niederdruck an. Erfindungsgemäß ist der Eingangsanschluss zumindest einer Gruppe vom Hochdruck trennbar oder alternativ ist der Ausgangsanschluss zumindest einer Gruppe vom Niederdruck trennbar. Bei beiden Varianten ist statt dessen der Eingangsanschluss dieser Gruppe mit ihrem Ausgangsanschluss verbindbar. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Verringerung des Schluckvolumens eines entsprechenden Zweikreis-Axialkolbenmotors wird - ausgehend vom Betrieb beider Gruppen von Zylinder-Kolben-Kombinationen - zunächst eine Gruppe außer Betrieb genommen und danach der Hub durch die Verstellvorrichtung verringert. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Vergrößerung des Schluckvolumens wird entsprechend - ausgehend vom Betrieb nur einer Gruppe von Zylinder-Kolben-Kombinationen - zunächst der Hub durch die Verstellvorrichtung vergrößert und danach die zweite Gruppe in Betrieb genommen. Dadurch kann in einem Betriebsbereich des Motors mit relativ geringem Schluckvolumen zumindest eine Gruppe von Zylinder-Kolben-Kombinationen kurzgeschlossen werden, so dass diese Gruppe ...

Description

Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Mehrkreis-Axialkolbenmotor gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Bei hydraulischen Mehrkreis-Axialkolbenmotoren kann eine Drehbewegung an der Abtriebswelle des Motors durch mehrere unterschiedliche hydraulische Kreise erzeugt werden, die mit unterschiedlichen Gruppen von Zylindern mit Kolben verbunden sind.
In der Druckschrift DE 33 33 812 C2 ist eine derartige Mehrkreis-Axialkolbenmaschine offenbart, die nach dem Schrägachsenprinzip ausgeführt ist. Ihr Schwenkwinkel bzw. Hub ist einstellbar, und somit ist ihr Schluckvolumen veränderbar. Die Maschine hat zwei getrennte hydraulische Kreise mit zwei Gruppen von Zylindern und darin geführten Axialkolben.
Nachteilig an derartigen Verstellmotoren ist ihr abnehmender Wirkungsgrad bei geringen Schwenkwinkeln bzw. geringen Schluckvolumina.
Dem gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, einen Mehrkreis-Axialkolbenmotor mit verstellbarem Schluckvolumen und ein Verfahren zu dessen hydraulischer Ansteuerung zu schaffen, so dass der Motor in einem Betriebsbereich mit vermindertem Schluckvolumen einen verbesserten Wirkungsgrad aufweist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Mehrkreis-Axialkolbenmotor nach Anspruch 1 und durch ein Verfahren zu dessen Ansteuerung nach Anspruch 14 bzw. Anspruch 16.
Der erfindungsgemäße Mehrkreis-Axialkolbenmotor hat mehrere getrennte Gruppen von Zylinder-Kolben-Kombinationen, wobei jede Gruppe einen Eingangsanschluss und einen Ausgangsanschluss hat. Weiterhin hat der Mehrkreis-Axialkolben motor eine Verstellvorrichtung, über die ein Hub der Zylinder-Kolben-Kombinationen verstellbar ist. Im Betrieb jeder Gruppe liegt an ihrem Eingangsanschluss ein Hochdruck und an ihrem Ausgangsanschluss ein Niederdruck an. Erfindungsgemäß ist der Eingangsanschluss zumindest einer Gruppe vom Hochdruck trennbar oder alternativ ist der Ausgangsanschluss zumindest einer Gruppe vom Niederdruck trennbar. Bei beiden Varianten ist statt dessen der Eingangsanschluss dieser Gruppe mit ihrem Ausgangsanschluss verbindbar. Dadurch kann in einem Betriebsbereich des Motors mit relativ geringem Schluckvolumen zumindest eine Gruppe von Zylinder-Kolben-Kombinationen kurzgeschlossen werden, so dass die betroffenen Gruppen abgesehen von Reibungsverlusten keine Leistung wandeln. Gleichzeitig kann gegenüber einem vergleichbaren Motor gemäß dem Stand der Technik der Schwenkwinkel erhöht werden. Dadurch wird der Wirkungsgrad des Motors in einem Betriebsbereich mit relativ geringem Schluckvolumen erhöht.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Bei einer bevorzugen Weiterbildung ist jeder Gruppe von Zylinder-Kolben-Kombinationen ein Paar Drucknieren zugeordnet, wobei die Paare von Drucknieren unterschiedliche Durchmesser aufweisen. An den einzelnen Drucknieren sind die gruppenweise getrennten Anschlüsse von Hochdruck- und von Niederdruck-Leitungen einfach realisierbar.
Dabei wird es bevorzugt, wenn die Gruppenzugehörigkeit der Zylinder-Kolben-Kombinationen durch Kanäle in einer Zylindertrommel definiert ist, die jedem Zylinder zugeordnet sind. Die drucknierenseitigen Mündungen der Kanäle sind auf unterschiedlichen Durchmessern angeordnet und somit unterschiedlichen Paaren von Drucknieren zugeordnet. Dadurch ist ihr Anschluss an die gruppenspezifische Hochdruck- und Niederdruck-Leitung gewährleitstet. Gleichzeitig ist eine beliebige Anordnung der Zylinder-Kolben-Kombinationen in der Zylindertrommel möglich. So können die Zylinder-Kolben-Kombinationen der verschiedenen Gruppen z. B. auf einem gemeinsamen Kreis oder auf verschiedenen konzentrischen Kreisen in der Zylindertrommel angeordnet sein.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung weisen die Gruppen von Zylinder-Kolben-Kombinationen gleiche Schluckvolumina auf. Dadurch sind im Betrieb mit optimalem Wirkungsgrad die Schluckvolumen-Bereiche des Motors, in denen er ohne Zu- oder Abschalten einer Gruppe verstellbar ist, gleich groß.
Bei einer bevorzugten Alternative weisen die Gruppen von Zylinder-Kolben-Kombinationen unterschiedliche Schluckvolumina auf. Dann sind im Betrieb mit optimalem Wirkungsgrad die Schluckvolumen-Bereiche des Motors, in denen er ohne Zu- oder Abschalten einer Gruppe verstellbar ist, unterschiedlich groß. Dadurch ergibt sich z. B. die Möglichkeit einen Haupt-Betriebsbereich des Motors, in dem der Motor ohne Zu- oder Abschalten einer Gruppe stufenlos verstellbar ist, als weiten Bereich zu wählen.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist der erfindungsgemäße Mehrkreis-Axialkolbenmotor zwei Gruppen von Zylinder-Kolben-Kombinationen auf. Dabei wird es besonders bevorzugt, wenn durch ein Wegeventil in seiner federvorgespannten Grundstellung die Eingangsanschlüsse der beiden Gruppen mit Hochdruck beaufschlagt sind, und in seinen Schaltstellungen der Eingangsanschluss einer Gruppe mit dem Ausgangsanschluss der selben Gruppe verbindbar ist. Dadurch befindet sich der Motor bei nicht betätigtem (z. B. nicht bestromten) Wegeventil im Dauer-Betriebszustand, bei dem beide Gruppen in Betrieb sind.
Dabei wird es besonders bevorzugt, wenn das Wegeventil von einem 5/2-Wegeventil gebildet ist. Damit kann die Außerbetriebnahme der Gruppe durch unmittelbare Verbindung seines Eingangs- und Ausgangsanschlusses erfolgen, wobei die Gruppe nicht vom Hoch- oder Niederdruck beaufschlagt wird. Gleichzeitig kann der kurz geschlossene Kreislauf der Gruppe über einen Anschluss des Wegeventils zu einem Tank entlastet werden.
Bei einer alternativen Weiterbildung ist in den Schaltstellungen des Wegeventils der Eingangsanschluss einer Gruppe mit Niederdruck verbunden oder der Ausgangsanschluss der Gruppe mit Hochdruck verbunden. Dies ermöglicht ein einfach aufgebautes Wegeventil.
Bei einer bevorzugen Weiterbildung ist das Wegeventil von einem 3/2-Wegeventil gebildet. Dadurch ist eine einfache Lösung für die Außerbetriebnahme der Gruppe geschaffen.
Bei einer alternativen bevorzugten Weiterbildung ist das Wegeventil von einem 4/3-Wegeventil gebildet, wodurch auch bei einem Austausch der Hockdruck- und der Niederdruckseite beide Varianten der Außerbetriebnahme (Verbindung des Ausgangsanschlusses mit Hochdruck oder alternativ Verbindung des Eingangsanschlusses mit Niederdruck) möglich sind.
Dabei wird es aus Gründen einer kompakten Bauweise bevorzugt, wenn das Wegeventil in eine Anschlussplatte integriert ist.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Verringerung eines Schluckvolumens eines Zweikreis-Axialkolbenmotors, der eine Verstellvorrichtung zur Verstellung des Hubes und ein Wegeventil aufweist, wird – ausgehend vom Betrieb beider Gruppen von Zylinder-Kolben-Kombinationen – zunächst eine Gruppe durch das Wegeventil außer Betrieb genommen und danach der Hub durch die Verstellvorrichtung verringert. Dadurch ist im Betriebsbereich mit geringem Schluckvolumen nur einer Gruppe von Zylinder-Kolben-Kombinationen in Betrieb. Zur (teilweisen) Kompensation kann der Schwenkwinkel zwischen Zylindertrommel und Abtriebswelle des Motors vergrößert werden, wodurch sein Wirkungsgrad erhöht wird.
Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens zur Verringerung eines Schluckvolumens wird vor den beiden genannten Verfahrensschritten zunächst der Hub durch die Verstellvorrichtung schrittweise verringert, und danach wird – etwa gleichzeitig zur Außerbetriebnahme der Gruppe – der Hub durch die Verstellvorrichtung sprunghaft wieder vergrößert. Dadurch ist eine stufenlose Verstellung des Schluckvolumens des Motors auch im Betriebsbereich mit relativ hohem Schluckvolumen möglich.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Vergrößerung eines Schluckvolumens eines Zweikreis-Axialkolbenmotors, der eine Verstellvorrichtung zur Verstellung des Hubes und ein Wegeventil aufweist, wird – ausgehend vom Betrieb nur einer Gruppe von Zylinder-Kolben-Kombinationen – zunächst der Hub durch die Verstellvorrichtung vergrößert und danach die zweite Gruppe durch das Wegeventil in Betrieb genommen. Dadurch ist in einem ersten Betriebszustand mit geringem Schluckvolumen nur einer Gruppe von Zylinder-Kolben-Kombinationen in Betrieb. Zur (teilweisen) Kompensation kann der Schwenkwinkel zwischen Zylindertrommel und Abtriebswelle des Motors vergrößert werden, wodurch sein Wirkungsgrad erhöht wird.
Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens zur Vergrößerung eines Schluckvolumens wird etwa gleichzeitig zur Inbetriebnahme der zweiten Gruppe der Hub durch die Verstellvorrichtung sprunghaft verringert und in einem abschließenden Verfahrensschritt der Hub durch die Verstellvorrichtung wieder schrittweise vergrößert. Dadurch ist eine stufenlose Verstellung des Schluckvolumens des Motors auch im Betriebsbereich mit relativ hohem Schluckvolumen möglich.
Im Folgenden werden anhand der Figuren verschiede Ausführungsbeispiele der Erfindung detailliert beschrieben. Es zeigen:
1 einen hydraulischen Zweikreis-Verstellmotor in einem seitlichen Schnitt;
2 einen hydraulischen Zweikreis-Verstellmotor in einem Schnitt A-A gemäß 1;
3 einen hydraulischen Zweikreis-Verstellmotor in einem Schnitt B-B gemäß 2;
4 ein Schaltschema eines ersten Ausführungsbeispiels einer Ansteuerung eines hydraulischen Zweikreis-Verstellmotors mit einem 3/2-Wegeventil;
5 ein Schaltschema eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Ansteuerung eines hydraulischen Zweikreis-Verstellmotors mit einem 4/3-Wegeventil;
6 ein Schaltschema eines dritten Ausführungsbeispiels einer Ansteuerung eines hydraulischen Zweikreis-Verstellmotors mit einem 5/2-Wegeventil; und
7 ein Verstellwinkel-Schluckvolumen-Diagramm von zwei Varianten des erfindungsgemäßen Zweikreis-Verstellmotors.
Die 1 und 2 zeigen einen hydraulischen Zweikreis-Verstellmotor 1 in zwei zueinander senkrecht stehenden Schnittebenen.
Der Motor 1 weist eine im Wesentlichen kreiszylinderförmige Zylindertrommel 2 auf, deren Achse 4 um einen veränderbaren Schwenkwinkel α gegenüber einer Wellenachse 6 angestellt ist. Entlang der Wellenachse 6 erstreckt sich eine Abtriebswelle 8 des Motors 1, die über ein Wälzlager 10 an einem Gehäuse 12 abgestützt ist.
Im Gehäuse 12 weist die Abtriebswelle 8 an ihrem (in den 1 und 2) rechten Endabschnitt eine Abtriebsscheibe 14 auf, die konzentrisch an der Abtriebswelle 8 befestigt ist und somit über das Wälzlager 10 rotierbar im Gehäuse 12 gelagert ist. An einer mittleren Position der Abtriebsscheibe 14 ist eine etwa halbkugelförmige Ausnehmung vorgesehen, in die eine Kugel 16 eines Mittelzapfens 18 eingesetzt ist.
Der Mittelzapfen 18 ist in einer konzentrisch in der Zylindertrommel 2 angeordneten Führungsausnehmung aufgenommen, in die er weitgehend eintaucht. Über die gelenkige Verbindung des Mittelzapfens 18 mit der Abtriebsscheibe 14 ist die Zylindertrommel 2 gegenüber der Abtriebsscheibe 14 um einen Schwenkwinkel α verschwenkbar.
Eine Druckfeder 20 stützt sich an einen stirnseitigen Endabschnitt des Mittelzapfens 18 ab und spannt die Zylindertrommel 2 (in den 1 und 2) nach rechts gegen eine Nierenkörper 22. Die Nierenkörper 22 hat an seiner Berührfläche mit der Zylindertrommel 2 eine konvexe Oberfläche, während die Zylindertrommel 2 an ihrer Berührfläche mit der Nierenkörper 22 eine entsprechend konkave Oberfläche aufweist, so dass die Zylindertrommel 2 über diesen Formschluss rotierbar gegenüber der Nierenkörper 22 gelagert ist.
Ein Verstellzapfen 24 taucht in eine konzentrische Bohrung des Nierenkörpers 22 ein, über den der Nierenkörper 22 entlang einer gehäusefesten gebogenen Führungsfläche 26 bewegbar ist. Dazu wird der Verstellzapfen 24 von einer Verstellvorrichtung 28, die in einem Verstellgehäuse 29 aufgenommen ist, quer zu seiner Erstreckungsrichtung positioniert, wobei der Nierenkörper 22 mitgenommen wird. Durch diesen Mechanismus wird der Schwenkwinkel α zwischen der Trommelachse 4 der Zylindertrommel 2 und der Wellenachse 6 der Abtriebsscheibe 14 eingestellt.
In der Zylindertrommel 2 sind auf zwei unterschiedlichen Durchmessern jeweils sieben Zylinderbohrungen 30, 32 gleichmäßig verteilt, von denen (in den 1 und 2) oben einer der äußeren Zylinder 30 und unten einer der inneren Zylinder 32 dargestellt sind.
In jedem äußeren Zylinder 30 ist ein äußerer Kolben 34 und in jedem inneren Zylinder 32 ein innerer Kolben 36 aufgenommen, wobei jeder Kolben 34, 36 druckdicht und axial verschiebbar im Zylinder 30, 32 aufgenommen ist. Die sieben äußeren Zylinder 30 mit den äußeren Kolben 34 bilden eine äußere Gruppe und die sieben inneren Zylinder 32 mit den inneren Kolben 36 bilden eine innere Gruppe von Zylinder-Kolben-Kombinationen.
An äußeren Endabschnitten sind die Kolben 34, 36 jeweils über eine Kugel 16 an der Abtriebsscheibe 14 gelenkig befestigt, wobei diese Befestigungen der Kolben 34, 36 derjenigen des Mittelzapfens 18 prinzipiell ähnlich sind.
Die Zylinder 30, 32 weisen an ihren, den Kolben 34, 36 gegenüber liegenden Endabschnitten jeweils einen Trommelkanal 38, 40 auf, über die der jeweilige Zylinder 30, 32 mit dem Nierenkörper 22 verbunden ist. Die äußeren Trommelkanäle 38 münden auf einem äußeren Kreis, während die inneren Trommelkanäle 40 auf einem inneren Kreis münden, wobei der innere und der äußere Kreis konzentrisch zur Trommelachse 4 angeordnet sind.
3 zeigt den hydraulischen Zweikreis-Verstellmotor in einem Schnitt B-B gemäß 2. Der Nierenkörper 22 ist von zwei äußeren Drucknieren 42a, 42b und zwei inneren Drucknieren 44a, 44b durchsetzt. Die äußeren Drucknieren 42a, 42b sind auf Kreisbogenabschnitten angeordnet, deren Durchmesser demjenigen der Mündungen der äußeren Trommelkanäle 38 entspricht. Die beiden inneren Drucknieren 44a, 44b sind auf Kreisbahnen angeordnet, deren Durchmesser demjenigen der Mündungen der inneren Trommelkanäle 40 entspricht.
Somit stehen einige Zylinder 30 der äußeren Gruppe über eine äußere Druckniere 42a mit einem Anschluss 46a des Motors 1 in Druckmittelverbindung, während andere äußere Zylinder 30 über die andere äußere Druckniere 42b mit einem anderen Anschluss 46b in Verbindung stehen.
Auf prinzipiell vergleichbare Weise stehen einige der inneren Zylinder 32 über die Druckniere 44a in Verbindung mit einem (hier nicht gezeigten) dritten Anschluss 48a des Motors 1, während andere innere Zylinder 32 über die andere innere Druckniere 44b mit einem (hier nicht gezeigten) vierten Anschluss 48b des Motors 1 verbunden sind.
Im Folgenden wird der Betrieb des Zweikreis-Verstellmotors 1 beschrieben. Dabei wird beispielhaft auf die äußere Gruppe, die aus sieben Zylindern 30 und Kolben 34 besteht, und die mit den Anschlüssen 46a und 46b des Motors 1 in Verbindung steht, eingegangen.
Am Anschluss 46a des Motors 1 wird ein Hochdruck angelegt, welcher durch die Druckniere 42a den Teil der Zylinder 30 und Kolben 34 beaufschlagt, deren Trommelkanäle 38 sich im Bereich der Druckniere 42a befinden. Durch die Schrägstellung der Abtriebsscheibe 14 gegenüber den Kolben 34 wird die Kraft, die die Kolben 34 ausüben, in eine Drehbewegung der Abtriebsscheibe 14 und somit der Abtriebswelle 8 umgewandelt.
Gleichzeitig führen auf Grund der Schrägstellung der Abtriebsscheibe 14 andere Kolben 34 auf dem gegenüber liegenden Teil der Kreisbahn einen Verdrängerhub aus. Das verdrängte und entspannte Druckmittel strömt dabei durch die Trommelkanäle 38, durch die Druckniere 42b und durch den Anschluss 46b aus dem Motor 1.
Auf prinzipiell die gleiche Weise arbeitet die zweite innere Gruppe, wobei diese Gruppe hochdruckseitig durch die Druckniere 44a mit Druckmittel beaufschlagt wird, während die innere Gruppe niederdruckseitig mit der gegenüber liegenden Druckniere 44b verbunden ist.
4 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer Ansteuerung eines hydraulischen Zweikreis-Motors 1 gemäß den 1 bis 3.
Der Anschluss 46a der äußeren Gruppe 52 ist mit dem Versorgungsanschluss A verbunden. Der Anschluss 48b der inneren Gruppe 50 ist zusammen mit dem Anschluss 46b der äußeren Gruppe 52 mit dem Versorgungsanschluss B verbunden.
Die Möglichkeit der Außerbetreibnahme der inneren Gruppe 50 ist mit einem 3/2-Wegeventil 101 realisiert, das in einer federkraftbeaufschlagten Grundstellung (in 4 dargestellt) den Anschluss 48a der inneren Gruppe 50 mit einem Versorgungsanschluss A verbindet, während es in seinen mit „1” gekennzeichneten Schaltstellungen den Anschluss 48a mit dem anderen Versorgungsanschluss B verbindet.
Im Betrieb des Zweikreis-Verstellmotors 1 mit einer hydraulischen Ansteuerung gemäß 4 und dem 3/2-Wegeventil 101 in seiner federvorgespannten Grundstellung wird dem Versorgungsanschluss A ein Hochdruck zugeordnet, so dass die Anschlüsse 46a und 48a mit Hochdruck beaufschlagt sind, während die Anschlüsse 46b und 48b niederdruckseitig mit dem Versorgungsanschluss B verbunden sind.
Zur Außerbetriebnahme der inneren Gruppe 50 wird ein (nicht gezeigter) Ventilschieber des 3/2-Wegeventils 101 von einer Stellkraft in eine mit „1” gekennzeichnete Schaltstellung gestellt, so dass der Anschluss 48a vom Hochdruck getrennt wird und statt dessen mit dem Niederdruck verbunden wird. Somit liegt an beiden Anschlüssen 48a, 48b der inneren Gruppe 50 Niederdruck an, wodurch die Gruppe 50 kraftlos und wirkungslos geschaltet ist.
Wenn dem gegenüber an den beiden Versorgungsanschlüssen A, B Hochdruck und Niederdruck getauscht werden, funktioniert die Außerbetriebnahme der inneren Gruppe 50 prinzipiell auf die gleiche Weise, wobei beide Anschlüsse 48a und 48b der inneren Gruppe 50 dann mit Hochdruck beaufschlagt sind.
Wegen der Reibungsverluste und der entstehenden Wärme ist die erste Variante, bei der der Versorgungsanschluss A mit Hochdruck beaufschlagt wird, zu bevorzugen.
Erfindungsgemäß wird durch das Kurzschließen der inneren Gruppe 50 das Schluckvolumen des Zweikreis-Verstellmotors 1 verringert, wobei zur (teilweisen) Kompensation der Schwenkwinkel α (vgl. 1) erhöht werden kann, wodurch erfindungsgemäß der Wirkungsgrad des Motors 1 erhöht wird.
5 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer Ansteuerung des hydraulischen Zweikreis-Verstellmotors 1 mit einem 4/3-Wegeventil 201, das in seiner (in 5 dargestellten) Mittelstellung den Anschluss 48a der inneren Gruppe 50 mit dem der Versorgungsanschluss A und den Anschluss 48b mit dem der Versorgungsanschluss B verbindet.
Wie beim ersten Ausführungsbeispiel gemäß 4 sind die beiden Anschlüsse 46a, 46b der äußeren Gruppe 52 dauerhaft mit beiden Versorgungsanschlüssen A, B verbunden.
Bei einer Außerbetriebnahme der inneren Gruppe 50 sind folgende zwei Fälle zu unterscheiden:
Wenn der Hochdruck am Versorgungsanschluss A und der Niederdruck am Versorgungsanschluss B anliegt, erfolgt die Außerbetriebnahme der inneren Gruppe 50 durch Verstellen des 4/3-Wegeventils 201 in eine mit „1” gekennzeichnete Schaltstellung. Dadurch werden beide Anschlüsse 48b und 48b der inneren Gruppe 50 mit dem Niederdruck des Versorgungsanschlusses B verbunden.
Wenn umgekehrt der Hochdruck an dem Anschluss B und der Niederdruck entsprechend am Versorgungsanschluss A anliegt, wird zur Außerbetriebnahme der inneren Gruppe 50 das 4/3-Wegeventil 201 in eine mit „2” gekennzeichnete Schaltposition gestellt, wodurch die beiden Anschlüsse 48b und 48b der inneren Gruppe 50 gemeinsam mit dem Niederdruck des Versorgungsanschlusses A verbunden werden.
Durch die verschiedenen Schaltmöglichkeiten des 4/3-Wegeventils 201 ist die Verteilung des Hochdrucks und des Niederdrucks an den beiden Versorgungsanschlüssen A, B wählbar bzw. änderbar, wodurch die Möglichkeit einer Drehrichtungsumkehr des Zweikreis-Verstellmotors 1 gegeben ist.
6 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel einer Ansteuerung des hydraulischen Zweikreis-Verstellmotors 1 mit einem 5/2-Wegeventil 301, das in seiner federvorgespannten Grundstellung ebenfalls den Anschluss 48a der inneren Gruppe 50 mit dem Versorgungsanschluss A und den Anschluss 48b der inneren Gruppe 50 mit dem Versorgungsanschluss B verbindet.
Zur erfindungsgemäßen Außerbetriebnahme der inneren Gruppe 50 wird ein (nicht dargestellter) Ventilschieber des 5/2-Wegeventils 301 mit Kraft beaufschlagt und in eine der mit „1” gekennzeichneten Schaltstellungen verschoben. Dadurch werden beide Anschlüsse 48a, 48b der inneren Gruppe 50 vom Hockdruck und vom Niederdruck getrennt und zusammen über eine Leitung 302 zu einem Tank T entlastet. Dabei ist der Druck in den Zylindern 32 der inneren Gruppe 50 und in der Leitung 302 durch ein Druckbegrenzungsventil 304 begrenzt, das zwischen der Leitung 302 und dem Tank T angeordnet ist. Das Druckbegrenzungsventil 304 ist in einer Öffnungsrichtung über eine Steuerleitung vom Druck in der Leitung 302 und in einer Schließrichtung von einer Federkraft beaufschlagt.
Die erfindungsgemäße Ansteuerung des Zweikreis-Verstellmotors 1 gemäß 6 ermöglicht ebenfalls eine wechselnde Zuordnung der Hochdruck- und Niederdruckseite zu den beiden Versorgungsanschlüssen A, B, wodurch die Möglichkeit einer Drehrichtungsumkehr des Zweikreis-Verstellmotors 1 gegeben ist.
7 zeigt ein Verstellwinkel-Schluckvolumen-Diagramm die Kennlinien von zwei beispielhaften Varianten des erfindungsgemäßen Zweikreis-Verstellmotors 1, die beide ein maximales (gesamtes) Schluckvolumen von 280 cm³ haben.
Auf der Abszisse ist der Verstellwinkel α (vgl. 1) dargestellt, während auf der Ordinate das Schluckvolumen V_g in cm³/Umdrehung angetragen ist.
Die mit der gestrichelten Linie gekennzeichnete Variante hat zwei Gruppen mit jeweils gleichem Schluckvolumen von 140 cm³, während die mit der durchgezogenen Linie dargestellte Variante eine innere Gruppe mit einem Schluckvolumen von 174 cm³ und eine äußere Gruppe mit einem Schluckvolumen von 106 cm³ hat.
Für beide Varianten ist ausgehend von einem Betriebzustand mit maximalem Schluckvolumen (V_g = 280 cm³) bei einem maximalen Schwenkwinkel (α = 25°) ein erster Verstellbereich 306, 308 beider Gruppen dargestellt. Weiterhin ist jeweils ein Umschaltbereich 310, 312, in dem die innere Gruppe 50 außer Betrieb geschaltet wird und der Schwenkwinkel wieder auf sein Maximum (α = 25°) gestellt wird. Im jeweils dritten Bereich der Kennlinie ist der Verstellbereich 314, 316 nur der äußeren Gruppe dargestellt.
Während die Motor-Variante mit gleich großen Schluckvolumina (gestrichelt) zwei unterschiedliche Wandlungsbereiche (2:1 im Verstellbereich 308 beider Gruppen und 3,5:1 im Verstellbereich 316 einer Gruppe) aufweist, sind die beiden Wandlungsbereiche der anderen Motor-Variante (durchgezogen) etwa gleich groß (2,6:1).
Während die Motor-Variante mit gleich großen Schluckvolumina (gestrichelt) am Ende des Verstellbereichs 308 beider Gruppen einen minimalen Schwenkwinkel von α = 12,2° aufweist, beträgt der minimale Schwenkwinkel am Ende des Verstellbereichs 316 einer Gruppe 316 α = 6,9°.
Die beiden Schluckvolumina der anderen Motor-Variante (durchgezogen) sind hingegen derart abgestimmt, dass der Verstellbereich 306 beider Gruppen und der Verstellbereich 314 einer Gruppe vom gleichen minimalen Schwenkwinkel α = 9,2° begrenzt wird.
Dadurch kann ein großer Schluckvolumen-Verstellbereich von 280 cm³ bis 39,8 cm³ durch Einstellen des Schwenkwinkels α von 25° bis 9,2° abgedeckt werden, wobei erfindungsgemäß geringe Schwenkwinkel von unter 9,2° vermieden werden. Dadurch ist insbesondere in Bereichen mit vermindertem Schluckvolumen erfindungsgemäß ein hoher Wirkungsgrad des Zweikreis-Verstellmotors möglich.
Abweichend von dem gezeigten Ausführungsbeispiel des Zweikreis-Verstellmotors kann die Anzahl der Zylinder-Kolben-Kombinationen pro Gruppe von sieben abweichen. Außerdem müssen die Zylinder-Kolben-Kombinationen pro Gruppe nicht auf konzentrischen Zylindermantelflächen angeordnet sein.
Offenbart ist ein Mehrkreis-Axialkolbenmotor mit mehreren getrennten Gruppen von Zylinder-Kolben-Kombinationen, wobei jede Gruppe einen Eingangsanschluss und einen Ausgangsanschluss hat. Weiterhin hat der Motor eine Verstellvorrichtung, über die ein Hub der Zylinder-Kolben-Kombinationen verstellbar ist. Im Betrieb jeder Gruppe liegt an ihrem Eingangsanschluss ein Hochdruck und an ihrem Ausgangsanschluss ein Niederdruck an. Erfindungsgemäß ist der Eingangsanschluss zumindest einer Gruppe vom Hochdruck trennbar oder alternativ ist der Ausgangsanschluss zumindest einer Gruppe vom Niederdruck trennbar. Bei beiden Varianten ist statt dessen der Eingangsanschluss dieser Gruppe mit ihrem Ausgangsanschluss verbindbar.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Verringerung des Schluckvolumens eines entsprechenden Zweikreis-Axialkolbenmotors wird – ausgehend vom Betrieb beider Gruppen von Zylinder-Kolben-Kombinationen – zunächst eine Gruppe außer Betrieb genommen und danach der Hub durch die Verstellvorrichtung verringert. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Vergrößerung des Schluckvolumens wird entsprechend – ausgehend vom Betrieb nur einer Gruppe von Zylinder-Kolben-Kombinationen – zunächst der Hub durch die Verstellvorrichtung vergrößert und danach die zweite Gruppe in Betrieb genommen.
Dadurch kann in einem Betriebsbereich des Motors mit relativ geringem Schluckvolumen zumindest eine Gruppe von Zylinder-Kolben-Kombinationen kurzgeschlossen werden, so dass diese Gruppe abgesehen von Reibungsverlusten keine Leistung wandelt. Gleichzeitig kann gegenüber einem vergleichbaren Motor gemäß dem Stand der Technik der Schwenkwinkel erhöht werden. Dadurch wird der Wirkungsgrad des Motors in einem Betriebsbereich mit relativ geringem Schluckvolumen erhöht.

1: Zweikreis-Verstellmotor
2: Zylindertrommel
4: Trommelachse
6: Wellenachse
8: Abtriebswelle
10: Wälzlager
12: Gehäuse
14: Abtriebsscheibe
16: Kugel
18: Mittelzapfen
20: Druckfeder
22: Nierenkörper
24: Verstellzapfen
26: Führungsfläche
28: Verstellvorrichtung
29: Verstellgehäuse
30: äußerer Zylinder
32: innerer Zylinder
34: äußerer Kolben
36: innerer Kolben
38: äußerer Trommelkanal
40: innerer Trommelkanal
42a, 42b: äußere Druckniere
44a, 44b: innere Druckniere
46a, 46b, 48a, 48b: Anschluss
50: innere Gruppe
52: äußere Gruppe
101: 3/2-Wegeventil
201: 4/3-Wegeventil
301: 5/2-Wegeventil
302: Leitung
304: Druckbegrenzungsventil
306, 308: Verstellbereich beider Gruppen
310, 312: Umschaltbereich
314, 316: Verstellbereich einer Gruppe

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 3333812 C2 [0003]

Claims

Mehrkreis-Axialkolbenmotor mit mehreren getrennten Gruppen (50, 52) von Zylinder-Kolben-Kombinationen (30, 32, 34, 36) und mit einer Verstellvorrichtung (28), mit der ein Hub der Zylinder-Kolben-Kombinationen (30, 32, 34, 36) verstellbar ist, wobei jede Gruppe (50, 52) einen Eingangsanschluss (46a, 48a) und einen Ausgangsanschluss (46b, 48b) hat, und wobei im Betrieb jeder Gruppe (50, 52) ihrem Eingangsanschluss (46a, 48a) ein Hochdruck und ihrem Ausgangsanschluss (46b, 48b) ein Niederdruck zugeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Eingangsanschluss (48a) zumindest einer Gruppe (50) vom Hochdruck trennbar ist, oder dass der Ausgangsanschluss (48b) zumindest einer Gruppe (50) vom Niederdruck trennbar ist, und dass der Eingangsanschluss (48a) dieser Gruppe (50) mit ihrem Ausgangsanschluss (48b) verbindbar ist.
Mehrkreis-Axialkolbenmotor nach Anspruch 1, wobei jeder Gruppe (50, 52) von Zylinder-Kolben-Kombinationen (30, 32, 34, 36) ein Paar Drucknieren (42a, 42b; 44a, 44b) zugeordnet ist, und wobei die Paare von Drucknieren (42a, 42b; 44a, 44b) unterschiedliche Durchmesser aufweisen.
Mehrkreis-Axialkolbenmotor nach Anspruch 2, wobei die Zuordnung der Zylinder-Kolben-Kombinationen (30, 32, 34, 36) zu den Gruppen (50, 52) durch jedem Zylinder (30, 32) zugeordnete Kanäle (38, 40) definiert ist, deren drucknierenseitige Mündungen auf unterschiedlichen Durchmessern angeordnet sind, die denen der jeweiligen Paare von Drucknieren (42a, 42b; 44a, 44b) entsprechen.
Mehrkreis-Axialkolbenmotor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Gruppen (50, 52) von Zylinder-Kolben-Kombinationen (30, 32, 34, 36) gleiche Schluckvolumina aufweisen.
Mehrkreis-Axialkolbenmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Gruppen (50, 52) von Zylinder-Kolben-Kombinationen (30, 32, 34, 36) unterschiedliche Schluckvolumina aufweisen.
Mehrkreis-Axialkolbenmotor nach einem der vorangegangenen Ansprüche mit zwei Gruppen (50, 52) von Zylinder-Kolben-Kombinationen (30, 32, 34, 36).
Mehrkreis-Axialkolbenmotor nach Anspruch 6, wobei durch ein Wegeventil (101; 201; 301) in seiner federvorgespannten Grundstellung die beiden Eingangsanschlüsse (46a, 48a) der Gruppen (50, 52) mit Hochdruck beaufschlagt sind, und in seinen Schaltstellungen der Eingangsanschluss (48a) einer Gruppe (50) mit dem Ausgangsanschluss (48b) der selben Gruppe (50) verbindbar ist.
Mehrkreis-Axialkolbenmotor nach Anspruch 7, wobei das Wegeventil von einem 5/2-Wegeventil (301) gebildet ist.
Mehrkreis-Axialkolbenmotor nach Anspruch 8, wobei in Schaltstellungen des 5/2-Wegeventils (301) der Eingangsanschluss (48a) und der Ausgangsanschluss (48b) der außer Betrieb genommenen Gruppe (50) zu einem Tank (T) entlastet sind.
Mehrkreis-Axialkolbenmotor nach Anspruch 7, wobei in den Schaltstellungen des Wegeventils (101; 201) der Eingangsanschluss einer Gruppe (50) dem Niederdruck zugeordnet ist, oder der Ausgangsanschluss einer Gruppe (50) dem Hochdruck zugeordnet ist.
Mehrkreis-Axialkolbenmotor nach Anspruch 10, wobei das Wegeventil von einem 3/2-Wegeventil (101) gebildet ist.
Mehrkreis-Axialkolbenmotor nach Anspruch 10, wobei das Wegeventil von einem 4/3-Wegeventil (201) gebildet ist.
Mehrkreis-Axialkolbenmotor nach einem der Ansprüche 7 bis 12, wobei das Wegeventil in eine Anschlussplatte integriert ist.
Verfahren zur Verringerung eines Schluckvolumens eines Mehrkreis-Axialkolbenmotors (1) gemäß einem der Ansprüche 6 bis 13, wobei ausgehend vom Betrieb beider Gruppen (50, 52) von Zylinder-Kolben-Kombinationen (30, 32, 34, 36) zunächst eine Gruppe (50) durch das Wegeventil außer Betrieb genommen wird, und danach der Hub durch die Verstellvorrichtung (28) verringert wird.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei zuvor der Hub durch die Verstellvorrichtung (28) schrittweise verringert wird, und danach etwa gleichzeitig zur Außerbetriebnahme der Gruppe (50) der Hub durch die Verstellvorrichtung (28) sprunghaft vergrößert wird.
Verfahren zur Vergrößerung eines Schluckvolumens eines Mehrkreis-Axialkolbenmotors (1) einem der Ansprüche 6 bis 13, wobei ausgehend vom Betrieb einer Gruppe (50) von Zylinder-Kolben-Kombinationen (30, 32, 34, 36) zunächst der Hub durch die Verstellvorrichtung (28) vergrößert wird, und danach die zweite Gruppe (52) durch das Wegeventil in Betrieb genommen wird.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei etwa gleichzeitig zur Inbetriebnahme der zweiten Gruppe (52) der Hub durch die Verstellvorrichtung (28) sprunghaft verringert wird, und danach der Hub durch die Verstellvorrichtung (28) schrittweise vergrößert wird.